Yachting World

Każdy żeglarz zna mokry kaszel silnika diesla i ostry zapach jego spalin. Dla niektórych jest to znak, że zaczyna się przygoda, dla innych pewność, że wszystko jest w porządku na pokładzie jachtu. Tradycyjny silnik jest być może najważniejszym elementem bezpieczeństwa Twojej łodzi, ale jego dni mogą być policzone.

Rewolucja w żeglarstwie elektrycznym nadchodzi – i chociaż przyjęcie w sektorze morskim okazuje się znacznie wolniejsze niż w świecie motoryzacyjnym na lądzie, postępy są czynione.

Rynek jest nadal stosunkowo niewielki. Jasne lider rynku Torqeedo miał sprzedaży 25 mln euro w zeszłym roku, z czego większość była w promów i kompaktowych desek rozdzielczych. Oferuje również gamę silników saildrive i pod drive dla jachtów o wyporności od 2 do 50 ton, lub mniej więcej 20-60ft LOA.

Ale żeglarze byli powolni w przyjmowaniu, i to z jednego dobrego powodu: jeśli planujesz przepłynąć ocean lub zmierzyć się z trudnymi warunkami na morzu, polegasz na swoim silniku, aby pomóc ci uciec przed niebezpieczeństwem lub przebrnąć przez mrok – czasami przez kilka dni na raz.

Seria Oceanvolt AXC to modułowy system napędu wału (od 10kW do 40kW), który będzie pasował w miejsce tradycyjnego silnika diesla

Nawet przy obecnym zbiorze zaawansowanych akumulatorów litowo-jonowych dla łodzi, zasięg systemu elektrycznego mierzy się w dziesiątkach mil, a nie setkach. Tak więc jednokadłubowiec o długości 35 stóp z 10kWh akumulatorem litowym (cztery jednostki ważące łącznie 96kg) miałby zasięg zaledwie 24 mil morskich przy prędkości 3,8 węzła lub mniej niż 16 mil morskich przy pełnym gazie.

Biorąc pod uwagę niewiarygodne marnotrawstwo silników spalinowych, które rozpraszają więcej energii w postaci ciepła i hałasu niż zapewniają w napędzie, olej napędowy jest nadal dziesięciokrotnie bardziej gęsty energetycznie niż akumulatory.

Pełnowęglowy luksusowy żaglowiec Yamila wykorzystuje elektryczny system napędowy Oceanvolt SD8 8kW. Fot: Tobias Stoerkle

„Kiedy patrzysz na bluewater cruisery, oczywiście będziesz miał diesla” – mówi założyciel i dyrektor generalny Torqeedo, dr Christoph Ballin. „I to prawda, że niewielu żeglarzy przybrzeżnych decyduje się na napęd elektryczny.”

Nie oznacza to jednak, że napęd elektryczny nie jest interesujący dla żeglarzy turystycznych – wręcz przeciwnie. Bardziej powszechną drogą dla „normalnych” żeglarzy będzie połączenie silnika diesla i elektrycznego w hybrydowym systemie żeglowania.

W tym modelu silnik jest zastąpiony przez silnik elektryczny, podłączony do baterii litowych. Akumulatory te mogą być ładowane poprzez hydrogenerację – kiedy prędkość pod żaglami obraca śrubę napędową i ładuje akumulatory – oraz energię słoneczną lub wiatrową. Kiedy jednak wymagane są dłuższe okresy pod napięciem, energię elektryczną dostarcza autonomiczny generator prądu stałego, który można zainstalować w dowolnym miejscu na pokładzie.

To jest układ zalecany przez fińską firmę Oceanvolt, która skoncentrowała się na rynku żeglarstwa turystycznego, oferując gamę silników napędzających wał i żagle o mocy od 3.7kW do 15kW (około 10hp do 45hp w przeliczeniu na silnik Diesla).

„W przypadku żeglarzy podróżujących dookoła świata, zalecamy system hybrydowy z zapasowym agregatem prądotwórczym do podtrzymywania ciągłego napędu w razie potrzeby”, mówi prezes firmy Oceanvolt, Markus Mustelin. „Śmigło regeneracyjne, które obraca się podczas żeglugi i ładuje akumulatory (poświęcając 0,2-0,4 węzła, w zależności od łodzi i warunków), pozwala być prawie niezależnym od agregatu prądotwórczego i używać go tylko jako zapasowego.”

Mający swoją siedzibę w Impswich budowniczy nowoczesnych klasyków Spirit Yachts rozpoczął budowę swojego największego jak dotąd projektu, 34-metrowego slupka Spirit 111….

Pionier napędów elektrycznych Torqeedo zdobył dziś (15 listopada) największą nagrodę roku w dziedzinie sprzętu morskiego – za…

Ten system ma tę zaletę, że generator jest potrzebny tylko podczas dłuższych rejsów, więc łódź nadal bezgłośnie manewruje w portach i na kotwicowiskach.

A dobrze zaprojektowany, prawidłowo dobrany generator jest o wiele bardziej wydajny w przekształcaniu oleju napędowego w energię elektryczną niż silnik, który nie został pierwotnie zaprojektowany do tego zadania. Niektórzy żeglarze decydują się na rzędowy system hybrydowy, jak te oferowane przez Hybrid-Marine, który przykręca się do istniejącego diesla.

Są one łatwiejsze do doposażenia, z wieloma takimi samymi cechami jak pełny system hybrydowy, ale jest wada posiadania silnika zamkniętego gdzieś w środku łodzi.

Magnetyzm elektryczny

Do tej pory większość biznesu była robiona poprzez doposażanie istniejących jachtów. Jednak coraz więcej konstruktorów jachtów chce wprowadzić napęd elektryczny jako oryginalne wyposażenie. Trzeci największy na świecie producent jachtów, Hanse Yachts, jest być może najbardziej zaawansowany – oferuje swój podstawowy model Hanse 315 z opcją elektrycznego napędu steru.

System ten zajmuje mniej miejsca niż standardowy diesel, jest znacznie cichszy i wolny od wibracji i emisji. Hanse przyznaje jednak, że jego zastosowanie jest rozczarowujące.

Technologia ta spotkała się z większym zainteresowaniem wśród żeglarzy jeziorowych. Innowacyjna młoda niemiecka marka Bente zamontowała silniki Torqeedo w swoim udanym 24-stopowym modelu, pierwotnie zaprojektowanym na niemieckie „Zielone Jeziora”.

Bliżej domu, specjalista od pontonów RS Sailing zdecydował się zamontować chowany napęd elektryczny w swoim nowym jachcie kilowym RS21. System ten, nazwany już „niewidzialnym genakerem”, oparty jest na silniku zaburtowym Travel 1003 firmy Torqeedo.

Większe łodzie regatowe również zostały przyciągnięte przez przynętę napędu o niskiej wadze. Wystarczy spojrzeć na Malizię, IMOCA 60 przygotowywaną do Vendée Globe 2020 z lekkim systemem Torqeedo.

„Bezemisyjny rejs dookoła świata w warunkach regatowych, przy jednoczesnym wytwarzaniu własnej energii, to na wskroś inspirująca koncepcja”, powiedział sternik Malizii Boris Herrmann.

Elektryczny odniósł również sukces w luksusowym segmencie rynku, gdzie akumulatory litowo-jonowe stanowią mniejszą część całkowitych kosztów łodzi. 50-stopowy katamaran Privilege 5 i wykonany z włókna węglowego Gunboat 60 zostały doposażone w zestaw Torqeedo, podczas gdy Oceanvolt pojawia się na Swanie 57 i w pełni karbonowym Agile 42.

Przegląd systemu napędowego Torqeedo Deep Blue zainstalowanego w Gunboat Moonwave

Gunboat Moonwave posiada dwa 25kW napędy Deep Blue zdolne do regeneracji pod żaglami. Na pokładzie nadal znajduje się generator, aby zwiększyć zasięg baterii na morzu, ale „oni już nie używają generatora – to tylko na wypadek awarii”, mówi Ballin z Torqeedo.

Spirit Yachts projektuje również napęd elektryczny dla swojego flagowego jachtu Spirit 111, który ma zostać wprowadzony na rynek latem tego roku. Dzięki czterem dużym bateriom litowym o mocy 40kW na pokładzie i silnikowi o mocy 100kW, jacht będzie mógł pracować bezgłośnie przez wiele godzin, choć ma również 100kW mocy generatora diesla.

„Tak naprawdę nie skupiamy się na napędzie”, wyjaśnia dyrektor Spirit, Nigel Stuart, „ale na tym, aby wszystko działało w harmonii, od wyposażenia kambuza i ciepłej wody do ogrzewania, klimatyzacji, hydrauliki itp. Brytyjska stocznia buduje również 65-stopowiec wykorzystujący technologię hybrydową Oceanvolt oraz nowy 44-stopowiec, który jest czysto elektryczny.

Z regatami z jednej strony i wysokiej klasy cruiserami z drugiej, jest coś w rodzaju luki pośrodku. Sam Torqeedo przyznaje, że żeglarze turystyczni nie byli w centrum zainteresowania elektrycznej rewolucji, ale to wszystko ma się zmienić. „Zaczęliśmy trochę za późno od żeglarstwa,” przyznaje Ballin, „ale w ciągu najbliższych pięciu do ośmiu lat zajmiemy się tym tematem z całą mocą.”

W pełni zintegrowany elektryczny system napędowy będzie napędzał nowy flagowy okręt Spirit Yachts o długości 111 stóp

Co to tak naprawdę oznacza? Cóż, w pierwszej kolejności oznacza to integrację systemu. Jeśli to nie brzmi rewolucyjnie, to wyobraź sobie układ na pokładzie, gdzie panele słoneczne, hydrogeneratory, akumulatory, generatory i silniki współpracują ze sobą bezproblemowo, aby zapewnić jachtowi wystarczającą ilość energii przez całą dobę. „Za to właśnie ludzie są skłonni płacić: dużo energii z ogrzewaniem lub klimatyzacją przez całą noc” – mówi Ballin.

Przyszłość żeglarstwa hybrydowego

W najbliższej przyszłości Torqeedo planuje nowy generator prądu stałego o zwiększonym zasięgu, przeznaczony specjalnie dla hybrydowych łodzi żaglowych. Istniejąca jednostka jest zbudowana przez WhisperPower i zapewnia 25kW, co jest zbyt dużą mocą dla łodzi używających systemu napędu pod.

Generator będzie zaprojektowany do pracy przy optymalnych obrotach, podczas gdy sprytna konwersja prądu stałego na prąd stały odsprzęga napięcie akumulatora od napięcia ładowania, zapewniając znacznie większą wydajność.

W przypadku łodzi, tak jak w przypadku samochodów, przełom, który zrobi różnicę, dotyczy pojemności akumulatora. Dopóki zasięg przy zasilaniu energią elektryczną nie dorówna zasięgowi przy zasilaniu olejem napędowym, będzie wielu sceptyków. A to, według Ballina, nie nastąpi prawdopodobnie przez dekadę lub dłużej.

„Teoretycznie, w laboratoriach testowano akumulatory, które są dziesięć razy bardziej wydajne niż litowe”, wyjaśnia. „I jeśli to przejdzie, wtedy benzyna jest zrobione. Ale staramy się połączyć długoterminową wizję z krótkoterminową mentalnością.”

W międzyczasie, dominująca technologia opiera się na litowo-manganowo-kobaltowych, a proces stałego rozwoju sprawia, że to 5-8% lepiej każdego roku. Na przykład BMW właśnie ogłosiło, że jego następna generacja baterii i3, używana przez system Deep Blue firmy Torqeedo, będzie w stanie pomieścić 40kWh energii – to wzrost o 33% przy tym samym rozmiarze, wadze i prawie tym samym koszcie.

Torqeedo Cruise 2.0 FP Pod Drive jest odpowiedni dla małych jachtów do 4 ton – można również zamontować składaną śrubę

Inny obszar rozwoju dotyczy śruby napędowej. Większość systemów cruisingowych używa śmigła składanego lub piórowego zaprojektowanego dla silników diesla. Ale własne badania Torqeedo pokazują, że stały wysoki moment obrotowy silnika elektrycznego jest najlepiej wykorzystywany przez śruby napędowe o zmiennym skoku.

Ale to właśnie Oceanvolt zajął się tym problemem specjalnie dla silników elektrycznych ze swoim systemem Servo Prop, który, jak twierdzi, jest o 30% bardziej wydajny z przodu, o 100% lepszy z tyłu i o 300% bardziej wydajny w trybie regeneracji.

Oceanvolt twierdzi, że ta śruba może pompować około 500W do akumulatorów przy zaledwie 5 węzłach – średniej prędkości 30-stopowego jednokadłubowca. Przy 6 węzłach wzrasta to do około 800W, a przy bardzo dogodnych 7 węzłach dla większego krążownika oceanicznego uzyskuje się 1,2kW.

„Nowa technologia rzadko może konkurować cenowo z technologią o ugruntowanej pozycji w początkowej fazie wzrostu”, mówi Mustelin. „Jednak to już minęło i dziś systemy elektryczne są oferowane w dość konkurencyjnej cenie. Kiedy dodasz do tego fakt, że system elektryczny jest prawie bezobsługowy, całkowity koszt posiadania zwraca się na korzyść elektryczności.”

Więc, możesz nie słyszeć ich podejścia, ale spodziewaj się zobaczyć coraz więcej łodzi z napędem elektrycznym na wodzie, ponieważ rewolucja trwa.

Kwestia momentu obrotowego

Kluczowa część opłacalności napędu elektrycznego opiera się na pojęciu, że mniejszy silnik może osiągnąć tę samą pracę, co większy diesel. Wiążą się z tym dwa elementy. Po pierwsze, silnik diesla nie jest wydajnym konwerterem energii chemicznej na siłę ciągu, wytwarzając przy tym dużo ciepła i hałasu. Po drugie, charakterystyka momentu obrotowego silnika elektrycznego jest znacznie lepsza niż diesla.

Mustelin mówi, że silnik Oceanvolt o mocy 10kW „z łatwością przewyższa” 30KM diesla. „Zazwyczaj maksymalna prędkość łodzi będzie nieco niższa (0,5kt-1,0kt) niż w przypadku porównywalnego silnika diesla, ale jednocześnie łódź będzie lepiej utrzymywać prędkość na silnym morzu i pod wiatr dzięki wyższemu momentowi obrotowemu. Manewrowość jest znacznie lepsza w ograniczonych przestrzeniach mariny.”

To dlatego, że silniki spalinowe osiągają moc szczytową (i maksymalny moment obrotowy) tylko w małym zakresie prędkości. Moment obrotowy jest miarą mocy obrotowej – w przypadku łodzi na śrubie napędowej.

Silnik Diesla rozwija optymalny moment obrotowy pomiędzy 1800-2000 obr/min, podczas gdy silniki elektryczne dostarczają go od 0 do około 2000 obr/min. Pozwala to silnikom elektrycznym stosować śruby napędowe o wyższej sprawności, które są smuklejsze i bardziej strome.

Napęd silnikowy: Alternator na sterydach”

Potrzeba było lat rozwoju i ponad 10 milionów dolarów dofinansowania, ale znany ekspert od systemów jachtowych Nigel Calder pomógł zaprojektować alternator tak potężny, że eliminuje potrzebę stosowania generatora na pokładzie.

Zamontowany na silniku, na drugiej pozycji alternatora, Integrel może wyprodukować pięć do dziesięciu razy więcej mocy. Za systemem kryje się co najmniej 10 kWh akumulatorów kwasowo-ołowiowych (litowe są również opcją) oraz ładowarki i inwertery Victron.

„Jeśli kręcisz silnikiem, będzie ładował akumulatory; jeśli pracujesz z silnikiem w pozycji neutralnej, będzie wiedział, że jest w trybie autonomicznego generatora i przełączy się na ten algorytm” – wyjaśnia Calder. „To prawdopodobnie będzie tańsze niż instalacja generatora, a eliminuje kwestię kadłubów przelotowych, obwodów chłodzących, długich godzin pracy, konserwacji.”

System pozwala na uruchomienie wszelkiego rodzaju wygód na pokładzie, które normalnie wymagałyby generatora: od gorącej wody na żądanie do ekspresów do kawy i zamrażarek. „Szczerze wierzymy, że ten system wyprze generatory na prawie wszystkich jachtach, które obecnie mają lub chciałyby mieć generator”
dodaje Calder.

Przy silniku na biegu i niskich obrotach, testy pokazują jak Integrel może wyprodukować około 2kW mocy bez zwiększania zużycia paliwa lub zmniejszania prędkości – po prostu wykorzystując zmarnowane możliwości silnika. Oznacza to, że Integrel może współpracować z istniejącym silnikiem jachtu – nie ma potrzeby przeprojektowywania – i został już z powodzeniem zainstalowany na nowym Southerly 480, Malo 46 i podobnej wielkości Hallberg-Rassy.

Studium przypadku: Dufour 382 Alcyone

Zbudowany przez Dufoura w 2016 roku, Alcyone został natychmiast profesjonalnie doposażony w silnik saildrive SD15 firmy Oceanvolt, zasilany przez baterię akumulatorów litowych o pojemności 14kWh. Właściciele Michael Melling i Diana Kolpak zamówili również generator prądu stałego o pojemności 8kWh dla zwiększenia zasięgu. Wyposażenie kosztowało €30,600 za silnik i system akumulatorów, plus dodatkowe €13,744 za generator, a koszty instalacji wyniosły około €8,000.

Czarterują łódź w pobliżu Vancouver, do eksploracji Desolation Sound i okolic, gdzie cichy, czysty napęd jest punktem sprzedaży. „Nic nie psuje radości z żeglowania – lub odosobnionego kotwicowiska – bardziej niż hałas i zapach silników diesla”, wyjaśniają. „Zainstalowanie systemu Oceanvolt na naszej nowej łodzi uwolniło nas od tego. To jest droga przyszłości.”

Menedżer czarteru Merion Martin powiedział, że konwersja była również popularna wśród klientów czarterowych, dodając: „Główną zaletą systemu jest to, że w ciągu tygodnia czarteru zużywa on o około 40% mniej paliwa niż standardowy silnik diesla. Zrozumienie systemu zarządzania energią wymaga jednak przyzwyczajenia, a wiele komponentów wchodzących w jego skład może sprawić, że rozwiązywanie problemów stanie się wyzwaniem.”

Jeśli podobało Ci się to….